Zerstörungsfreie Prüfung von Mikrodefekten in primären ... - Csem

Medienmitteilung
Luftfahrt-Technologie: das CSEM koordiniert das europäische Projekt EVITA
Zerstörungsfreie Prüfung von Mikrodefekten in primären Strukturen aus Verbundwerkstoffen
ermöglicht umweltfreundlichere und zuverlässigere Flugzeuge
Neuchâtel, den 11. März 2013 – Verbundwerkstoffe werden seit den 1970er Jahren in kleinen
Mengen in der zivilen Luftfahrt eingesetzt. In der Herstellung sicherheitsrelevanter tragender primärer
Strukturen* kommen Verbundwerkstoffe jedoch erst in der jüngsten Generation moderner
Flugzeuge wie dem Airbus A380 in grösseren Mengen zum Einsatz. Vorangetrieben wird diese
Entwicklung durch Verbesserungen des Verhältnisses „Belastbarkeit zu Gewicht“, welche durch
Verbundwerkstoffe gegenüber Metallen realisierbar sind (es sind bis zu 20% möglich). Der Einsatz
solcher Materialien hilft somit konsequent, den Treibstoffverbrauch pro Passagier um bis zu
17% im Vergleich zu Flugzeugen des gleichen Typs zu senken. Der sichere und zuverlässige Einsatz
solcher Leichtbauverbundwerkstoffe ist auf die Unterstützung durch Forschung an neuen
zerstörungsfreien Prüfverfahren angewiesen, welche die Charakterisierung und Prüfung von defekt
induzierten Ausfallmechanismen ermöglichen. Europa hat kürzlich das dreijährige Forschungsprojekt
EVITA mit einem Budget von 1.55 Millionen Euro gestartet, welches zum Ziel hat,
fortgeschrittene Phasenkontrast Röntgen-Detektionsverfahren für die Prüfung von grossflächigen
dicken Verbundwerkstoffstrukturen zu entwickeln. Das Projektkonsortium wird vom CSEM
koordiniert und vereint Industriepartner wie Dassault Aviation, GMI Aero (KMU aus Frankreich)
sowie akademische Partner wie die Universität Manchester und die Technische Universität
Athen.
Abgesehen von der bemerkenswerten Ausnahme der Formel 1 Rennwagenkonstruktion, welche schon
zu Beginn der 1980er Jahre Verbundwerkstoffkonzepte einsetzte, war der Einsatz von Verbundwerkstoffen
lange Zeit auf nicht strukturkritische sekundäre Komponenten beschränkt. Zivile Luftfahrtunternehmen
zeigten sich bis anhin sehr zurückhaltend in der Einführung von Verbundwerkstoffen in primären
tragenden Strukturen. In den frühen 2000er Jahren, mit zunehmender Erfahrung im Einsatz von Verbundwerkstoffen
und aufgrund der Vorgaben des Umweltschutzes (vorangetrieben durch ACARE** mit
Emissionsreduktionsvorgaben von 50% Reduktion CO 2 und 80% NO x bis 2020) stieg die strategische
Bedeutung der konsequenten Nutzung des Potentials von Verbundwerkstoffen für alle Flugzeughersteller.
Moderne Materialien entwickeln sich typischerweise viel schneller als die dazu passenden analytischen
Charakterisierverfahren. Aus diesem Grund stützt sich die Flugzeugindustrie nach wie vor auf
Spezifikationen aus dem Metallbau, sogar wenn Leichtbaumaterialien mit ganz anderen mechanischen
Eigenschaften eingesetzt werden. Zuverlässige und effiziente Inspektionsverfahren werden auch vermehrt
von Fluggesellschaften und deren Serviceorganisationen gefordert, welche Interesse am Einsatz
von Verbundwerkstoffen in Reparaturen von beschädigten Primärstrukturen zeigen, um die Flugtauglichkeit
ihrer Flotten länger aufrecht zu halten. Das EU Projekt EVITA adressiert den Mangel an zerstörungsfreien
Prüfverfahren für nicht-metallische Verbundwerkstoffe bis zu Mikrometer Defektgrössen während
der gesamten Lebensdauer (vom Design über die Herstellung bis zur Reparatur).

Flugzeugkonstruktion für geringsten Treibstoffverbrauch ohne Einschränkung der Sicherheit
“Wir erwarten, dass die Entwicklung dieser neuen zerstörungsfreien Prüftechnik erlaubt, in Zukunft deutlich
leichtere Flugzeuge zu bauen. Dies deshalb, weil sie eine deutliche Senkung der Toleranz-
Defektschwelle für primäre Verbundwerkstoffstrukturen ermöglicht und demnach kleinere Sicherheitsfaktoren***
in der Designphase anwendbar werden. Die daraus folgende markante Verminderung des
Treibstoffverbrauchs wird sowohl die Betriebskosten der Flugzeugflotte senken als auch Treibhausgasemissionen
in die Atmosphäre reduzieren“, stellt CSEM-Projektkoordinatorin, Dr. Ana Maria Madrigal,
fest. Der Mangel an effizienten zerstörungsfreien Testmethoden für die Analyse und die Beherrschung
von Ausfallmechanismen zwingt die Industrie, primäre Strukturkomponenten mit überhöhten
Sicherheitsfaktoren zu entwickeln, womit das Potential zur Gewichteinsparung durch Verbundwerkstoffe
nur ungenügend ausgeschöpft wird. EVITA wird Lösungen erarbeiten für die Erkennung von mikroskopischen
Rissen, Schichtablösung, Poreneinschlüsse bis zu 1% und wellenförmige Faserdeformationen
innerhalb der Verbundwerkstoffstrukturen. Solche messtechnische Fähigkeiten erlauben die Reduktion
der Sicherheitsfaktoren während der Designphase ohne einschränkende Kompromisse für die Sicherheit.
Zusätzlich wird präzisere und zuverlässigere Schadens-Detektion aus dem Flugbetrieb ermöglicht,
so dass effiziente Reparaturprozesse auch für kritische primäre Strukturkomponenten angewendet werden
können. Dies wird die gesamte Sicherheit auch für alternde Flugzeugflotten, welche länger im Betrieb
bleiben, langfristig aufrechterhalten.
Das Projektkonsortium vereint industrielle, institutionelle und akademische Kompetenzen und leistet
einen entscheidenden internationalen Beitrag in der Erforschung marktrelevanter Umsetzung. Die industriellen
Projektpartner sind in der Luftfahrtindustrie gut positioniert und die akademischen Partner in relevanten
Forschungsfeldern tätig, welche den Fortschritt in modernen Verbundwerkstoffmaterialien und
Verarbeitungsprozessen vorantreiben.
* Primäre Strukturen: Komponenten oder Unterbaugruppen, welche notwendig sind um das komplette Fluggewicht
inklusive der Nutzlast statisch tragen zu können. Im Falle eines Schadens können diese Strukturen das
gesamte Flugzeug in Gefahr bringen.
** ACARE: Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe
*** Sicherheitsfaktoren: Das Verhältnis zwischen Bruchspannung und der geschätzten maximalen Spannung
unter normalen Flugbedingungen
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Weitere Informationen
CSEM
Dr Ana Maria Madrigal
EVITA Koordinatorin
Rue Jaquet Droz 1
CH – 2002 Neuchâtel (Suisse)
Tel. +41 32 720 52 02
E-mail: anamaria.madrigal@csem.ch
Dr Vincent Revol
Technischer Experte
E-mail: vincent.revol@csem.ch
Über EVITA
Unter dem Begriff EVITA (Non-Destructive EValuation, Inspection and Testing of Primary Aeronautical Composite
Structures Using Phase Contrast X-Ray Imaging) wurde das Konsortium unter Führung von Experten des CSEM
zusammengestellt. Das Projekt wird finanziert durch das 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Kommission,
im Rahmen der Thematik Transport und verfügt über ein Budget von 1.55 Millionen Euro (EU Beitrag:
1.2 Millionen Euro).
Das Projekt EVITA wird von Dr. Ana Maria Madrigal vom CSEM (Schweiz) koordiniert. Das EVITA Konsortium besteht
aus 5 Partnern aus Europa: CSEM (Schweiz), DASSAULT AVIATION (Frankreich), GMI AERO (Frankreich),
UNIVERSITY MANCHESTER COMPOSITE RESEARCH CENTER (England), NTUA NATIONALTECHNICAL UNI-
VERSITY ATHENS. (Griechenland). Weitere Informationen zu EVITA auf der Projektwebseite www.evita-project.eu/
Über das CSEM
CSEM – ein Innovationszentrum
Das CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA) ist eine 1984 gegründete, private Research and
Technology Organization (RTO), die sich auf Mikro- und Nanotechnologie, Mikroelektronik, Systems Engineering
und Kommunikationstechnologien spezialisiert hat. Dutzende von täglich verwendeten Produkten aus den Branchen
Automation, Uhren, Medizinaltechnik, Pharma, Cleantech, Sicherheit und Transport wurden vom CSEM entwickelt
und anschliessend in die Industrie transferiert. An die 400 hoch qualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus
diversen wissenschaftlichen und technischen Bereichen arbeiten für das CSEM in Neuchâtel, Zürich, Alpnach,
Landquart und Muttenz. Weitere Informationen auf www.csem.ch
Medienkontakt
CSEM
Sabina Müller
Strategic Communication Manager
Tel. +41 32 720 5226
e-mail: sabina.mueller@csem.ch
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